一种园区综合能源系统可靠性评估方法

本发明涉及综合能源系统，更具体的说是涉及一种园区综合能源系统可靠性评估方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出以及能源供需矛盾日益凸显，综合能源系统以其高效的能源利用效率、多元的可再生能源消纳方式受到广泛关注和快速发展。园区综合能源系统(park-level integrated energy system，pies)作为综合能源系统的分支，可以实现多种能源的合理规划和控制，促进多种能源相互转换，提高终端用户供能灵活性。

2、目前天然气管网输送降压过程中大量压力能被浪费，园区综合能源系统可利用压差发电设备将天然气压力能转化为电能进行消纳。而压力能发电特性受天然气流量、压力、温度等多重复杂因素影响，且其出力不确定性和故障运行状态导致园区综合能源系统运行状态难以确定，使得含压力能利用的园区综合能源系统可靠性水平难以准确评估。因此如何建立有效的压差发电设备运行状态模型和高效的可靠性评估方法是保证含压力能利用的园区综合能源系统安全稳定运行的关键。

3、针对以上问题，目前在压力能利用方面，大部分研究仅对压力能出力特性和经济性能进行了研究，并未针对压差发电设备建立其运行状态模型；在设备运行状态建模方面，大部分研究只建立了多种设备运行状态模型，但并未对压差发电设备关键元件运行机理进行分析，也未建立其状态转移模型；在园区综合能源系统可靠性评估方面，已有研究提出了不同的可靠性评估方法，但所用可靠性评估指标单一，难以全面对园区综合能源系统供能可靠性和运行可靠性进行评估。

4、因此，如何提供一种园区综合能源系统可靠性评估方法，可以全面对园区综合能源系统供能可靠性和运行可靠性进行准确评估，以保证含压力能利用的园区综合能源系统安全稳定运行，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供至少解决上述部分技术问题的一种园区综合能源系统可靠性评估方法，首先考虑园区综合能源系统能量耦合关系，建立含压力能利用的园区综合能源系统典型架构，基于元件故障机理分析构建了包含压差发电设备状态转移模型的能源耦合设备运行状态转移模型；然后以负荷削减量最少为目标建立园区综合能源系统最优负荷削减策略，并构建园区综合能源系统可靠性评估指标体系；最后基于序贯蒙特卡洛模拟，全面对园区综合能源系统进行可靠性评估；利用本发明方法可以全面对园区综合能源系统供能可靠性和运行可靠性进行准确评估，有助于保证含压力能利用的园区综合能源系统安全稳定运行。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明实施例提供一种园区综合能源系统可靠性评估方法，该方法包括：

4、s1、考虑园区综合能源系统能量耦合关系，建立含压力能利用的园区综合能源系统典型架构；

5、s2、基于建立的园区综合能源系统典型架构，分析园区综合能源系统内部各能源耦合设备的运行特性和故障机理，构建包含压差发电设备状态转移模型的能源耦合设备运行状态模型；

6、s3、在系统能量供需平衡约束的基础上引入能量耦合设备运行状态约束和电气耦合状态下的外部供能约束，以负荷削减量最少为目标建立园区综合能源系统最优负荷削减策略；

7、s4、构建园区综合能源系统可靠性评估指标体系；

8、s5、利用构建的能源耦合设备运行状态模型、最优负荷削减策略和可靠性评估指标体系，基于序贯蒙特卡洛模拟法对园区综合能源系统进行可靠性评估。

9、进一步地，所述步骤s1中，利用能源集线器刻画园区综合能源系统中不同能源的耦合关系。

10、进一步地，所述步骤s2中，所述步骤s2中，构建的能源耦合设备运行状态模型包括：压差发电设备状态转移模型、光伏发电机组状态转移模型、风力发电机组状态转移模型和储能设备状态转移模型，其中：

11、所述压差发电设备状态转移模型中，运行状态包括：正常运行、降额运行和故障停运；

12、所述光伏发电机组状态转移模型中，运行状态包括：全额运行、资源限制降额运行、资源限制故障降额运行、元件故障降额运行、故障停运和夜间停运；

13、所述风力发电机组状态转移模型中，运行状态包括：全额运行、资源影响降额运行、资源影响停机、故障停机；

14、所述储能设备状态转移模型中，运行状态包括：正常运行和故障停运。

15、进一步地，所述步骤s3中，建立的园区综合能源系统最优负荷削减策略中包括：目标函数、能量平衡约束和系统运行约束；其中：

16、以系统中各节点负荷削减量最少作为目标函数f，表示为：

17、

18、式中：t为总统计时间；z表示负荷类型；z为园区综合能源系统中负荷类型集合，包含电、气、热负荷，z＝{e,g,h}，e表示电负荷、g表示气负荷、h表示热负荷；nz表示第z类负荷的节点总数；表示t时刻第z类负荷在节点i处的负荷削减量；

19、所述能量平衡约束包括：电功率平衡约束、热功率平衡约束、天然气平衡约束、外部供能约束和能量削减约束；

20、所述系统运行约束包括：设备出力约束和储能装置运行约束。

21、进一步地，所述步骤s4中，构建园区综合能源系统可靠性评估指标体系，包括：

22、①系统功率不足风险指标：

23、考虑分布式发电机组出力不确定性情况下的系统功率不足风险为：

24、

25、

26、式中：rpit为系统功率不足风险指标，ptsup、ptload分别为t时刻的能量供应值和负荷值；δptsup、δptload分别为t时刻的能量供应波动值和负荷波动值；分别为能量供应功率上限和下限；分别为负荷需求功率上限和下限；

27、②负荷削减概率：

28、负荷削减概率表示统计时间内，园区综合能源系统中各负荷点电、气、热负荷出现切负荷行为的概率为：

29、

30、式中：n为系统在统计时间内的状态数；cj为状态指示函数，表示系统在状态j下的切负荷情况，cj＝0时表示系统供能充足，不进行切负荷操作，cj＝1时表示系统供能不足，需要切除负荷；tj为状态j的持续时间；

31、③能量缺供期望值：

32、能量缺供期望值表示统计时间内，园区综合能源系统供能不足的功率期望值，公式为；

33、

34、式中：eensz表示能量缺供期望值。

35、进一步地，所述步骤s5中，基于序贯蒙特卡洛模拟法对园区综合能源系统进行可靠性评估，具体流程包括：

36、(1)输入园区综合能源系统设备参数，初始化设备状态；

37、(2)设置仿真时间上限；

38、(3)基于构建的能源耦合设备运行状态模型，采用序贯蒙特卡洛法抽取t时刻各设备运行状态；

39、(4)根据各设备状态，计算t时刻各负荷节点负荷削减状态和负荷削减量；

40、(5)计算园区综合能源系统可靠性评估指标；

41、(6)若仿真时间达到上限，则跳转到步骤(7)，否则令t＝t+1，然后跳转到步骤(4)；

42、(7)重复步骤(3)-步骤(7)，进行多次仿真模拟，输出平均可靠性指标。

43、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

44、1.本发明提供了一种园区综合能源系统可靠性评估方法，充分考虑包括压差发电设备在内的不同设备故障机理和运行状态差异，基于元件故障机理分析构建了包含压差发电设备状态转移模型的能源耦合设备运行状态转移模型；全面对园区综合能源系统供能可靠性和运行可靠性进行准确评估，避免过高估系统可靠性水平，相较于传统运行模型具有更高的灵活性和准确性；有助于保证含压力能利用的园区综合能源系统安全稳定运行。

45、2.本发明中构建的园区综合能源系统可靠性评估指标体系中，构建了系统功率不足风险指标对园区综合能源系统可靠性进行量化，该指标考虑了系统动态供需特性，更适用于分布式能源的可靠性分析。

46、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。